Verfahren zur biologischen Reinigung der Abwässer von Melasse verarbeitenden Industrien. Wie bekannt, ist die Reinigung der stark organisch verunreinigten Abwässer der Me lasse verarbeitenden Industrien (Presshefe- fabriken, Spiritusbrennereien, Zuckerfabriken) ein bisher noch ungelöstes Problem. Bisher hat man versucht, die Melasseabwässer in Faulbecken oder in Kokskörpern mit oder ohne Belüftung zu reinigen, auch mit dem "belebten Schlammverfahren11 wurden schon Versuche gemacht.
Alle diese Versuche miss langen und mussten misslingen bei einem Ab wasser, dessen organische Verunreinigung, in verbrauchter Menge Kaliumpermanganat ausge drückt, 15,000-20,000 mg pro Liter aus macht, wogegen die zugehörige Zahl bei städ tischem Abwasser im Durchschnitt höchstens 1000 mg pro Liter beträgt; sie mussten auch misslingen, weil die Melasseabwässer Stoffe enthalten, die sehr schwer abbaubar sind.
Insbesondere konnte die Ausfaulung solcher Abwässer nicht zum Ziele führen, weil die in diesem Abwasser in hoher Konzentration vorhandenen Stoffe (Alkaloide, Betaine) nur von ganz bestimmten Bakterien unter den günstigsten Bedingungen angegriffen werden und weil daneben der hohe Gehalt an Schwe felverbindungen die reichliche Bildung von Schwefelwasserstoff und andern organischen und unorganischen übelriechenden Schwefel verbindungen zur Folge hat, die nicht nur die umgebende Luft und das abfliessende Wasser für Mensch und Tier ungeniessbar machen, sondern auch innerhalb ' des Faul beckens jede biologische Tätigkeit hemmen.
Alle bekannten Nachteile des Faulverfahrens mussten sich bei den Melasseabwässern ent sprechend ihrer etwa zwanzigfach grössern Verunreinigung vervielfachen. Aber auch die aeroben Reinigungsmethoden scheiterten an der schwierigen Angreifbarkeit der in .diesen Abwässern enthaltenen Verunreinigungen und nicht zuletzt an den hohen Bau- und Betriebs kosten der Anlagen.
Alle diese Schwierigkeiten können nun durch Anwendung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens beseitigt werden.
Die Verunreinigen in den Abwässern der Melasse verarbeitenden Industrien gehören den folgenden biochemischen Hauptgruppen an 1. Betainsubstanzen, deren Stickstoffgehalt ungefähr 75 0% des Gesamtstickstoffgehaltes der Abwässer ausmacht.
2. Eiweiss (bei Spiritus- und Hefefabriken hauptsächlich in Gestalt der mehr oder we niger zerstörten Hefezellen.
3. Pflanzensäuren vorwiegend flüchtiger Natur, in erster Linie Ameisensäure.
4. Huminsubstanzen, die an und für sich unschädlich sind, aber die braune Farbe der Abwässer verursachen.
5. Schwefelverbindungen, in erster Linie Sulfate.
Der Erfindung gemäss werden nun die Betainsubstanzen aus den Abwässern durch die Lebenstätigkeit von aeroben oder anaero ben betainabbauenden Mikroorganismen ent fernt, zu welchem Behuf zweckmässig eine Aussaat von Reinzuchten der geeigneten Kleinlebewesen vor der Einführung in den Zersetzungsbehälter in einer Art "Ansatz" unter günstigen Kulturbedingungen zur Ver mehrung gebracht wird. Durch eine solche bakterielle Zersetzung kann der Zerfall des Betains und ebenso auch seiner Abkömmlinge und Umwandluungsprodukte in Kohlensäure, Ammoniak und Ameisensäure herbeigeführt werden.
Hernach können aus den Abwässern in einer zweiten Stufe in analoger Weise durch bakterielle Zersetzung- die Pflanzen säuren, insbesondere die Ameisensäure, ent fernt werden. Die Huminsubstanzen, welche in erster Linie die dunkle Färbung der Ab wässer verursachen, können umerlegt bleiben, wenn die Farbe des Vor$utwassers weder aus ästhetischen noch aus andern Gründen beson deren Ansprüchen unterliegt; für Färbereien, Wäschereien, Bleichereien und ähnliche Be- triebe wäre aber solches Wasser ungeeignet. Soll das Wasser bei der Reinigung auch entfärbt werden, so gelingt es leicht, auch die Huminstoffe durch geeignete Mikroorga nismen vollkommen zu zerstören.
Da sieh diese Mikroben sowohl mit den betainabbauen- den, als auch mit den ameisensäurezersetzen- den Kleinlebewesen vertragen, kann die Zer störung der Huminstoffe entweder mit dem Betainabbau oder mit der Zerlegung der Formiate zu einer Stufe verbunden werden.
Die Menge der in der Melasse vorhan denen Eiweissstoffe ist bei geordnetem Fabrik betrieb so gering, dass sie häufig ausser Acht gelassen werden kann. Erforderlichenfalls geht die Mineralisierung der Eiweissstoffe durch eiweissabbauende Mikroorganismen, zum Beispiel Bacillus micoides, Bacillus putrificus, Bacillus mesentericus, Bacillus V ulgatus, den übrigen Arbeitsstufen voran.
Da die Eiweiss stoffe in den Abwässern von Gärbetrieben fast ausschliesslich in Form von Hefezellen vorhanden sind, empfiehlt es sich, diese aus solchen Abwässern durch mechaniche Tren nung vorweg abzuscheiden, beispielsweise durch ein kleines, in die Abwasserhaupt leitung eingebautes Filter, aus dem Abwasser zu entfernen. Sodann werden die Zellen in bekannter Weise abgetötet, zum Beispiel durch Plasmolyse oder Erhitzung und schliess lich mit Hilfe eines wirksamen, vorteilhaft in Reinkultur zugesetzten Eiweisszersetzers mineralisiert.
Die Schwefelverbindungen bestehen zu 90 % aus Sulfaten. Sie sind für den Vor- fiuter bei halbwegs grosser Verdünnung nicht besonders gefährlich, verursachen aber in der Reinigungsanlage selbst, wenn sie dort durch Bakterien zu Schwefelwasserstoff re duziert werden, grossen Schaden. Dies kann erfindungsgemäss dadurch vermieden werden, dass durch Auswahl geeigneter Reinzuchten und durch sterile Arbeitsweise die Zersetzung von Sulfaten zu Schwefelwasserstoff hintan gehalten wird.
Da die reduzierende Wirkung von Bakterien auf schwefelhaltige Substanzen zweifellos als ein spezifisches Merkmal ein zelner Mikroben (wie Mierospira desulfurieans, Microspira aestuarii) anzusehen ist, kann dieser Bedingung im Rahmen des vorliegen den Verfahrens unschwer entsprochen werden.
Sind jedoch die Verhältnisse im VorButer besonders ungünstig, so ist es angezeigt, die Sulfate schon aas der Melasse z)i entfernen und. durch entsprechende Regelring des Fabrikationsganges zu vermeiden, dass Sul fate in die Abwässer hineingelangen, oder vorhandene Sulfate aus den Abwässern vor dem Beginn der biologischen Reinigung in Form unlöslicher Salze auszufällen.
Die Zersetzung des Betains kann, wie erwähnt, mit Hilfe anaerober oder aerober Mikroorganismen vorgenommen werden. Ge eignete Mikroorganismen können beispiels weise dadurch isoliert werdet), dass man eine konzentrierte Lösung eines Betainsalzes finit faulenden Runkelrüben oder wit in Zer setzung begriffener Melasse beimpft und in dieser Weise eine natürliche Reinkultur her stellt, aus welcher man sich nach bekannten Methoden durch Fortzüchtung aus betain- haltigen Nährböden die geeignetsten Spezies heraussucht.
Je nach Einhaltung von anaero ben und aeroben Bedingungen entwickeln sich anaerobe oder aerobe Betainzersetzer. In dieser Weise wurde zum Beispiel ein anaerobes betainzersetzendes Bateriuni isoliert, das kurze Stäbchen mit abgerundeten Ecken bildet. Die Stichkultur entwickelt sich in Melasse abwassergelatine perlschnurartig mit nadel förmigen Auswüchsen an den einzelnen Perlen.
Die Kultur hat keine verflüssigenden Eigen schaften und bildet in normaler Würzagela- tine keine oder nur sehr wenig Kohlensäure, ruft aber in betainhaltiger Gelatine starke Gasentwicklung hervor. Bit) aerobes Bakte rium hat die Form feiner schmaler Stäbchen, die, häufig sternförmig an einem Pol mitein ander verwachsen. Es bildet Sporen und scheint, mit Ausnahme der Form, der Heu bazillengruppe nahezustehen. Mit Hilfe des aeroben Bakteriums lässt sich eine raschere Zersetzung des Betains herbeiführen.
Beson ders für wenig konzentrierte Abwässer, wie zum Beispiel Hefewässer, ist das .Arbeiten mit solchen aeroben Betainzersetzern empfehlens- werter, als mit anaeroben Bakterien. Die Arbeitsverhältnisse sind im allgemeinen die selben, nur wird bei Verwendung aerober Mikroben etwas Luft in das Zersetzungs becken eingeblasen. Aerobe Mikroben können durch Belüften in reinem Wasser, in dem sauerstoffabgebende Salze gelöst sind, oder durch Einblasen von Sauerstoff oder sauer stoffhaltigen Gasen regeneriert werden, doch ist eine wiederholte Verwendung ein und der selben Bakterien nur angezeigt, wenn sie durchaus infektionsfrei sind.
Die huminzersetzenden Mikroben werden an) besten gewonnen, indem man die kon zentrierte Lösung eines aus aeidum humini- cum Merck hergestellten Humates mit Wald oder Gartenerde beimpft. Aus der sich ent wickelnden natürlichen Reinkultur werden nach an sich bekannten .Methoden die ge eigneten Spezies auf huminhaltigen festen Nährböden isoliert.
In dieser Weise konnte zum Beispiel die Reinkultur eines Bazillus herangezogen werden, der in grossen Stäb chen mit abgerundeten Ecken wächst, Sporen bildet und Humatlösungen bis auf einen gelb lichen Stich entfärbt.
Zur Zersetzung der Pflanzensäuren, ins besondere der Ameisensäure wird irgend ein bekannter Mikroorganismus, zum Beispiel das von Onielianski beschriebene bacterium for- micicum verwendet. Die Huminstoffe und Formiate werdet) anaerob abgebaut.
Die zersetzende Tätigkeit der Mikroben kann in allen Fällen dadurch unterstützt werden, dass man ausschliesslich oder zum Teil Mikroben verwendet, welche in den Zu stand der Zooglöenbildung übergeführt sind, oder dass Bakterienarten mitverwendet werden, die zur Zooglöenbildung neigen. Auch lässt sich die Bakterientätigkeit dadurch anregen und steigern, dass im gärenden Abwasser voluminöse Niederschläge erzeugt oder solche Niederschläge oder sonstige porenreiche in differente Körper, wie beispielsweise Säge späne, in das Zersetzungsgefäss eingebracht werden.
Ein Ausführungsbeispiel mag anhand der schematischen Zeichnung beschriebet) werden Das durch Filtration oder Absitzenlassen von festen Begleitstoffen befreite Abwasser wird mit Kalkmilch neutralisiert und in das Zer setzungsbecken I einlaufen gelassen. Dieses Zersetzungsbecken soll, wenn möglich, in die Erde versenkt, vollkommen steril geschlossen, mit einem Abzugsrohr für Gase versehen sein und den vierten Teil der gesamten Ab wassertagesmenge fassen. An diesen ersten Zersetzungsraum schliesst sich ein seichtes kleineres Klärbecken an I , dessen Boden trichterförmig in eine Absaugöffnung für die abgesetzten Bakterien mündet.
Von da ge langt das Abwasser in ein zweites Zer setzungsbecken II und anschliessend daran in ein zweites Absitzbecken IIa. Dem in I befindliehen Abwasser wird je nach Bedarf, etwa wöchentlich einmal, ein in einem vor geschalteten Bottich IH aus einer Reinzucht vermehrter Ansatz von Betainbakterien zu gesetzt. Dieser Ansatzbottich fasst \/s der Menge des Zersetzungsbottichs. Bei Einhal tung der günstigsten Temperatur von 36 C, einer möglichst hohen Konzentration des Abwassers und einer neutralen oder allen falls schwach alkalischen Reaktion gerät die Flüssigkeit rasch in Gärung.
Der Zufluss ist kontinuierlich. Das Betain wird in 2-8 Stunden vollkommen in Kohlensäure, Ammo niak und Ameisensäure zerlegt. Die in I" abgesetzte Bakterienmasse wird in das erste Viertel des Zersetzungsbeckens zurückge pumpt. Die von Bakterien grösstenteils be freite Flüssigkeit fliesst nun nach II und wird hier zum Beispiel mit einer Reinkultur von bacterium formicicum Omelianski ver mischt, die im "Ansatz" IV zur Vermehrung gebracht wurde. Die Temperatur kann im Zersetzungsbecken II etwas niedriger gehalten werden als im Betainbeeken, die sonstigen Verhältnisse sind die gleichen.
Bei Zusatz einer neuen Reinzucht ist eine kurze Reizung der Bakterien durch Lüftung angezeigt. Ein Zusatz von Phosphaten wirkt in diesem Becken beschleunigend. Die Formiate werden vollständig zersetzt und es fliesst eine Lösung von Karbonaten und Ammoniumsalzen ab, die . ohne weiteres dem Vorfluter zugeführt werden kann. Bei sehr ungünstigen Verhält nissen im Vorfluter, insbesondere bei Wasser mangel, ist eine kurze Nachbehandlung des Abwassers in einem Fischteich, der ungefähr die fünffache Menge des Tagesquantums an Abwasser fassen soll, angezeigt, jedoch nicht unerlässlich.
Wird Wert auf die Entfärbung des Wassers gelegt, so können im ersten oder zweiten Zersetzungsbecken huminzer- setzende Mikroben zugesetzt werden, da diese Bakterien weder die betainabbauenden noch die formiatzersetzenden Mikroben in ihrer Tätigkeit stören.
Das Arbeiten mit Reinkulturen hat natür lich zur Voraussetzung, dass das Abwasser möglichst keimfrei in die Zersetzungsanlage gelangt. Bei den Abwässern der Spiritus und Hefeindustrie ist dies dadurch verein facht, dass der grösste Teil der Abwässer steril vom Destillierapparat kommt; es genügt, hier auf eine möglichste Reinhaltung der Zuleitungsrohre zu achten. In andern Fällen wird es angezeigt sein, eine Sterilisation der Abwässer vorzunehmen, bevor sie in die Zer setzungsanlage laufen, was zum Beispiel durch Behandlung mit Chlor und nachfolgende Ent giftung mit Antichlor ohne besondere Kosten bewerkstelligt werden kann.
Aus konzen trierten Abwässern, wie sie beispielsweise bei der Spiritusfabrikation entstehen, kann die Gewinnung des Ammoniaks in wirtschaft licher Weise möglich sein.
Process for the biological purification of waste water from molasses-processing industries. As is known, the purification of the highly organically contaminated wastewater from the measuring industry (compressed yeast factories, alcohol distilleries, sugar factories) is a problem that has not yet been solved. So far, attempts have been made to purify molasses waste water in septic tanks or in coke bodies with or without aeration, and attempts have also been made with the "activated sludge process11".
All these attempts were unsuccessful and had to fail in the case of wastewater whose organic contamination, expressed in the amount of potassium permanganate used, amounts to 15,000-20,000 mg per liter, whereas the corresponding figure for urban wastewater is on average no more than 1000 mg per liter; they also had to fail because the molasses waste water contains substances that are very difficult to break down.
In particular, the digestion of such wastewater could not lead to the goal, because the substances (alkaloids, betaines) present in high concentrations in this wastewater are only attacked by very specific bacteria under the most favorable conditions and because the high content of sulfur compounds also leads to the abundant formation of Hydrogen sulphide and other organic and inorganic malodorous sulfur compounds result, which not only make the surrounding air and the draining water inedible for humans and animals, but also inhibit any biological activity within the septic tank.
All known disadvantages of the digestion process had to multiply in the molasses waste water, corresponding to its approximately twenty times greater contamination. But also the aerobic cleaning methods failed because of the difficult attackability of the impurities contained in this waste water and not least because of the high construction and operating costs of the plants.
All these difficulties can now be eliminated by using the method which is the subject of the invention.
The contaminants in the wastewater from the molasses-processing industries belong to the following main biochemical groups: 1. Betaine substances, the nitrogen content of which makes up approximately 75% of the total nitrogen content of the wastewater.
2. Protein (in alcohol and yeast factories mainly in the form of the more or less destroyed yeast cells.
3. Vegetable acids of a predominantly volatile nature, primarily formic acid.
4. Humic substances that are harmless in and of themselves, but cause the brown color of wastewater.
5. Sulfur compounds, primarily sulfates.
According to the invention, the betaine substances are now removed from the wastewater by the vital activity of aerobic or anaero ben betaine-degrading microorganisms, for which purpose it is advisable to sow pure breeds of suitable small organisms before they are introduced into the decomposition tank in a kind of "approach" under favorable culture conditions Multiplication is brought about. Such bacterial decomposition can bring about the decomposition of betaine and its derivatives and conversion products into carbonic acid, ammonia and formic acid.
Thereafter, the plant acids, in particular formic acid, can be removed from the waste water in a second stage in an analogous manner by bacterial decomposition. The humic substances, which primarily cause the dark color of the sewage, can remain converted if the color of the sewer is not subject to special claims, either for aesthetic or for other reasons; but such water would be unsuitable for dye works, laundries, bleachers and similar businesses. If the water is also to be decolorized during cleaning, it is easy to completely destroy the humic substances using suitable microorganisms.
Since these microbes tolerate both the betaine-degrading and the formic acid-decomposing small organisms, the destruction of the humic substances can either be combined with the breakdown of betaine or with the breakdown of the formates to one stage.
The amount of protein substances present in molasses is so small in the case of orderly factory operations that it can often be ignored. If necessary, the mineralization of the protein substances by protein-degrading microorganisms, for example Bacillus micoides, Bacillus putrificus, Bacillus mesentericus, Bacillus V ulgatus, precedes the other work stages.
Since the protein substances in the wastewater from fermentation plants are almost exclusively present in the form of yeast cells, it is advisable to separate them from such wastewater in advance by mechanical separation, for example by removing them from the wastewater using a small filter built into the main sewer line . The cells are then killed in a known manner, for example by plasmolysis or heating and finally mineralized with the aid of an effective protein decomposer which is advantageously added in pure culture.
The sulfur compounds consist of 90% sulfates. If they are reasonably diluted, they are not particularly dangerous for the outfeed, but cause great damage in the cleaning system itself if they are reduced to hydrogen sulfide by bacteria. According to the invention, this can be avoided in that the decomposition of sulphates to hydrogen sulphide is prevented by selecting suitable pure cultures and by means of sterile working methods.
Since the reducing effect of bacteria on substances containing sulfur is undoubtedly to be regarded as a specific characteristic of individual microbes (such as Mierospira desulfurieans, Microspira aestuarii), this condition can easily be met within the scope of the present method.
However, if the conditions in the forecourt are particularly unfavorable, it is advisable to remove the sulphates from the molasses and. to prevent sulphates from getting into the wastewater by means of an appropriate control ring in the production process, or to precipitate existing sulphates from the wastewater in the form of insoluble salts before the start of biological treatment.
The decomposition of the betaine can, as mentioned, be carried out with the help of anaerobic or aerobic microorganisms. Suitable microorganisms can be isolated, for example, by inoculating a concentrated solution of a betaine salt into finitely decaying beetroot or molasses in the process of decomposing, and in this way producing a pure natural culture, from which one can grow from betaine using known methods - selects the most suitable species from nutrient media containing them.
Depending on compliance with anaerobic and aerobic conditions, anaerobic or aerobic betaine decomposers develop. In this way, for example, an anaerobic betaine-decomposing battery was isolated, which forms short rods with rounded corners. The stitch culture develops in molasses waste water gelatin like a string of pearls with needle-shaped outgrowths on the individual pearls.
The culture has no liquefying properties and forms no or only very little carbonic acid in normal spice gelatin, but it causes strong gas development in betaine-containing gelatin. Bit) aerobic bacteria are in the form of fine, narrow rods that grow together, often in a star shape, at one pole. It forms spores and, with the exception of its shape, appears to be close to the hay bacilli group. With the help of the aerobic bacterium, a faster decomposition of the betaine can be brought about.
Working with such aerobic betaine decomposers is more advisable than with anaerobic bacteria, especially for less concentrated wastewater, such as yeast water. The working conditions are generally the same, only if aerobic microbes are used some air is blown into the decomposition basin. Aerobic microbes can be regenerated by aerating them in pure water in which oxygen-releasing salts are dissolved, or by blowing in oxygen or oxygen-containing gases, but repeated use of the same bacteria is only indicated if they are absolutely infection-free.
The humin-decomposing microbes are best obtained by inoculating the concentrated solution of a humate made from aeidum huminicum Merck with forest or garden soil. From the developing natural pure culture, the suitable species are isolated on solid culture media containing humine, using methods known per se.
In this way, for example, the pure culture of a bacillus could be used, which grows in large rods with rounded corners, forms spores and discolors humate solutions except for a yellowish tinge.
Any known microorganism, for example the bacterium formicum described by Onielianski, is used to decompose the vegetable acids, especially formic acid. The humic substances and formates are broken down anaerobically.
The decomposing activity of the microbes can in all cases be supported by exclusively or partially using microbes which have been converted into the state of zoo dung formation, or by also using types of bacteria that tend to form zoo dots. The bacterial activity can also be stimulated and increased by generating voluminous precipitates in the fermenting wastewater or by introducing such precipitates or other pore-rich in different bodies, such as sawdust, into the decomposition vessel.
An exemplary embodiment may be described with reference to the schematic drawing). The wastewater freed from solid accompanying substances by filtration or settling is neutralized with milk of lime and allowed to run into the decomposition basin I. This decomposition basin should, if possible, be sunk into the ground, completely sterile closed, be provided with a discharge pipe for gases and contain the fourth part of the total daily amount of water. This first decomposition chamber is followed by a shallow, smaller clarification basin at I, the bottom of which opens into a funnel-shaped suction opening for the settled bacteria.
From there the waste water reaches a second decomposition basin II and then into a second settling basin IIa. The wastewater located in I is added, as required, about once a week, a batch of betaine bacteria increased in an upstream vat IH from a pure culture. This approach tub holds the amount of decomposition tub. If the most favorable temperature of 36 C, the highest possible concentration of wastewater and a neutral or weakly alkaline reaction are maintained, the liquid quickly starts to ferment.
The inflow is continuous. The betaine is completely broken down into carbon dioxide, ammonia and formic acid in 2-8 hours. The bacterial mass deposited in I "is pumped back into the first quarter of the decomposition basin. The liquid largely freed of bacteria now flows to II and is here, for example, mixed with a pure culture of bacterium formicicum Omelianski, which is used in" batch "IV for reproduction The temperature in decomposition basin II can be kept a little lower than in betainbeeken, the other conditions are the same.
When adding a new pure breed, brief irritation of the bacteria by ventilation is indicated. The addition of phosphates has an accelerating effect in this tank. The formates are completely decomposed and a solution of carbonates and ammonium salts flows off. can be easily fed to the receiving water. In the case of very unfavorable conditions in the receiving water, especially if there is a lack of water, brief after-treatment of the wastewater in a fish pond, which is supposed to hold approximately five times the daily amount of wastewater, is indicated, but not essential.
If the decolorization of the water is important, humin-decomposing microbes can be added to the first or second decomposition basin, since these bacteria do not interfere with the activity of either the betaine-decomposing or the formate-decomposing microbes.
Working with pure cultures is, of course, a prerequisite for the wastewater reaching the decomposition plant as free of germs as possible. In the case of wastewater from the alcohol and yeast industries, this is simplified by the fact that the majority of the wastewater comes sterile from the still; it is sufficient to ensure that the supply pipes are kept as clean as possible. In other cases, it will be advisable to sterilize the wastewater before it runs into the decomposition plant, which can be done, for example, by treatment with chlorine and subsequent Ent poisoning with antichloro at no extra cost.
The ammonia can be obtained in an economical manner from concentrated wastewater, such as that generated in the manufacture of alcohol.